в контакт, силы поверхностного натяжения стремятся совместить оба волокна требуемым образом. Было разработано соответствующее оборудование, позволяющее неквалифицированному персоналу производить соединение волокон в полевых условиях. Результирующие потери при этом составили около 0,2 дБ/соединение для многомодовых волокон и менее 0,5 дБ/соединение для одиомодовых.

Клеевые и разъемные соединения волокон обеспечивают малые потери только тогда, когда их торцевые поверхности чистые, гладкие и

Смещение 2а

Наличие зазора

Угловое -

рассогласование -

0.1 О.г

0,1* 0,5 0,6 а

d/2a или s/2a

Рис. 4.9. Потери на соединение волокон, обусловленные различными видами рассогласования:

а - виды рассогласования; б - экспериментально измеренные потери на соединение

[Данные взяты из статьи Т. С. Chu and А. R. McCormick. Measurement of loss due to offset, end separation and angular misalignment In graded-index fibers excited by an incoherent source. Bell Syst. Tech. Jnl. 57. 592-602 (1978).}

Рис. 4.10. Олтический разъем с центрирующим конусом для одноволо-кониого оптического кабеля

перпендикулярны оси волокна. Надежный и хорошо контролируемый способ разрезки волокон состоит в их намотке с натяжением на закругленную оправку и нанесении царапин на его внешней поверхности. Затем волокно ломается требуемым образом в результате распространения трещины под действием напряженного состояния. Этот способ хорошо знаком каждому, кто работал со стеклом.

Конструкция оптических разъемов, показанных на рис. 4.10 зависит от требований к точности механического соединения волокон (рис. 4.10). Первоначально вносимые разъемом потери не превышают 0,5 дБ/разъемное соединение. Однако впоследствии механический износ, а также вероятность загрязнения и повреждения торцевых поверхностей соединяемых волокон в процессе эксплуатации приводят к существенному увеличению этих потерь. Разработчики ВОЛС не едины в вопросе о допустимом запасе мощности на компенсацию данных потерь, однако наиболее консервативные из них утверждают, что при неблагоприятных условиях эксплуатации потребуется принять величину, равную - 3 дБ/разъемное соединение.

4Ж ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

Умение точно измерять такие характеристики оптического волокна, как диаметры оболочки и сердцевины, числовая апертура и профиль показателя преломления, потери и дисперсия одинаково важно как для изготовителей волокна, которые хотят его использовать для контроля и управления характеристиками волокна, так и для разработчиков оптических систем связи, которым следует выбрать волокно, наиболее полно отвечающее поставленным требованиям. Чтобы обле-чить эти изменения, было предложено много методов и разработан-большое число достаточно сложной аппаратуры для их реализации. Часть этой аппаратуры создана для измерения характеристик волокна непосредственно в процессе его изготовления (в реальном времени), другая часто - для использования в процессе эксплуатации волокна в системе связи и, наконец, часть такой аппаратуры может быть использована только в лаборатории для исследовательских целей. Были предложены очень тонкие и сложные методы для определения профиля показателя преломления волокна и измерения его числовой апертуры в зависимости от длины волны. Хорошее описание многих из этих методов можно найти в более обстоятельных обзорах, таких как 14.1 ... 4.3], тогда как более подробный и специальный анализ вопроса при-веде11 в [4.5] и [4.6]. Поэтому в данном параграфе не будем давать детального и исчерпывающего описания всех методов, а просто рассмот-

рим некоторые их модификации, которые могут быть реализованы на простой лабораторной устанрвке, предназначенной для измерения затухания и дисперсии в волокне, и прокомментируем некоторые трудности, которые могут возникнуть при объяснении полученных результатов. Может потребоваться измерение потерь и дисперсии в диапазоне длин волн. Возникающая при этом трудность состоит в том, что ни одна из этих характеристик не может оставаться одинаковой по длине волокна и, кроме того, обе они зависят от используемого источника излучения. Дело в том, что вероятность рассеяния за пределы волокна более наклонных лучей выше, чем распространяющихся вдоль оси волокна. Имеется в виду рассеяние на мнкронзгнбах н волноводное рассеяние. Этот эффект, известный как модовая оптика, приводит к разному ослаблению лучей (мод), распространяющихся по различным траектррням, и к уменьшению временной дисперсии, когда теряются наиболее наклонные лучи. Однако прн этом также вероятно, что мнк-роизгибы приведут к рассеянию самих канализируемых лучей и, таким образом, преобразуют осевые лучи в наклонные и наоборот. После прохождения определенного расстояния между распространяющимися в волокне лучами установится равновесное распределение. Это приводит к уменьшению межмодовой дисперсии, а уширение импульса становится пропорциональным корню квадратному нз пройденного расстояния. В то же время из-за большего ослабления, испытываемого лучами, рассеиваемыми по более наклонным траекториям, в целом потерн в волокне увеличиваются. Когда качество волокон и изготавливаемых из них кабелей улучшилось, этот эффект, известный как эффект преобразования мод, стал менее существенным. Он будет рассмотрен в гл. 5.

Очевидно, что прн проведении измерений потерь и дисперсии в волокне желательно возможно точно воспроизвести тип источника излучения н те механические условия, в которых оно будет находиться при эксплуатации. Использование диффузного, а не коллимирован-ного источника излучения приводит к дополнительным потерям и увеличению дисперсии в волокне, разумеется, на его начальном отрезке.

Схематически изображенная на рнс. 4.11 базовая лабораторная испытательная установка позволяет измерять потери, материальную и межмодовую дисперсии в широком диапазоне длин волн. Входящие в состав установки различные типы источников излучения и детекторов, а также четыре изображенных на схеме штриховой линией оптических элемента будут рассмотрены при описании различных методов измерений.

Потери в волокне наилучшим образом измеряют путем его механического разрушения; при этбм используют источник излучения, работающий в непрерывном режиме. Опорный фотодетектор обеспечивает постоянство оптической мощности на входе волокна. Разрушающий метод измерения потерь в волокне реализуется просто и состоит в измерении затухания волокна разной длины. Сначала измеряют затухание всего волокна, а затем после отрезания кусков определенной длины. Прн меньшем разрушении волокна оценка потерь может быть осуществив